JP2002100490A - 放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電ランプを含む負荷回路に供給する高周波
電圧を発生させるスイッチング素子を適正に制御できる
放電ランプ点灯装置を得ることである。 【解決手段】 全波整流器２から第１のスイッチング素
子Ｑ１およびアクティブフィルタ用のインダクタＬ１を
流れる電流に比例した電圧Ｖ１と入力電圧を整流した電
圧に比例した電圧Ｖ０との偏差ΔＶを比較器６で演算
し、オン時間制御回路３は、比較器６の偏差ΔＶが零と
なるように、第１のスイッチング素子Ｑ１のオン時間を
可変する。これにより、商用電源からの入力電流を正弦
波に調整し高調波の発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波で放電ラン
プを点灯する放電ランプ点灯装置および照明装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、放電ランプ点灯装置は、交流の
電源電圧を直流に変換し、その直流電圧を高周波電圧に
変換して放電ランプに印加し点灯維持させるものであ
る。放電ランプ点灯装置は、一対のスイッチング素子を
高周波で交互にオンオフさせて放電ランプに高周波電圧
を印加する。

【０００３】この場合、交流の電源電圧の波高値により
第１のスイッチング素子のオン時間を可変にし、第２の
スイッチング素子のオン時間を固定にして作動させ、平
滑コンデンサの充電電圧を調整して高周波出力電圧を所
定値に変化させるようにしたものがある。これによれ
ば、放電ランプの始動時および点灯時のそれぞれに応じ
て最適な負荷特性を容易に付与できると共に、平滑コン
デンサの充電に寄与する第１のスイッチング素子のオン
時間を可変とするので、電源電圧の変動に対する出力補
償も容易にできる。

【０００４】一方、放電ランプ点灯装置には、第１のス
イッチング素子をドライブトランスを用い他励式で高周
波スイッチングするものがある。この場合のドライブト
ランスは、図６に示すように動作周波数に関係なく一定
のインピーダンスであるので、放電ランプの点灯時や放
電ランプのソフトスタート時共に一定のドライブ電流を
必要としている。図６のｆ１は点灯周波数、ｆ２は始動
周波数、ｆ３は予熱周波数である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、交流の電源
電圧の波高値により第１のスイッチング素子のオン時間
を可変にしたものでは、第１のスイッチング素子のオン
時間は波高値により決まり、また、第２のスイッチング
素子のオン時間は予め決められた値で制御されるため、
放電ランプの動作モード毎に設定する必要が生じる。

【０００６】一方、ドライブトランスを使用するもので
は、点灯時とソフトスタート時との駆動周波数が異なっ
ている場合でも一定のドライブ電流を必要とすることに
なる。従って、制御用電源が主回路より供給されるまで
の期間はソフトスタートすることができない。一定のド
ライブ電流を得るために起動用電源回路の充電時間を長
くしたり充電電流を増加させているが、そうした場合に
は、長い始動時間を必要としたり、待機中の消費電力の
増加につながっていた。

【０００７】本発明の目的は、放電ランプを含む負荷回
路に供給する高周波電圧を発生させるスイッチング素子
を適正に制御できる放電ランプ点灯装置を得ることであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
放電ランプ点灯装置は、放電ランプ、インダクタンスお
よびキャバシタンスを含み、固有共振周波数を有する負
荷回路と；低周波交流電圧を非平滑整流する全波整流器
と；交互にスイッチングして前記全波整流器で非平滑整
流された電圧を高周波電圧に変換し前記負荷回路を付勢
する一対の第１のスイッチング素子および第２のスイッ
チング素子と；前記全波整流器から前記第１のスイッチ
ング素子およびアクティブフィルタ動作を行うためのイ
ンダクタを流れる電流と入力電圧を整流した電圧との偏
差を演算する比較器と；前記比較器の偏差が零となるよ
うに前記第１のスイッチング素子のオン時間を可変する
オン時間制御回路と；を備えたことを特徴とする。

【０００９】本発明及び以下の発明において、特に指定
しない限り用語の意味は以下による。負荷回路は、印加
された高周波電圧を放電ランプに供給する回路であり、
放電ランプに並列に共振コンデンサが接続され、放電ラ
ンプに直列に共振インダクタが接続され、共振インダク
タに直流カットコンデンサが直列に接続されて構成され
る。また、負荷回路の入力部にはアクティブフィルタ用
のインダクタが接続される。

【００１０】共振コンデンサおよび共振インダクタによ
り、負荷回路は固有共振周波数を有する。放電ランプの
予熱時には固有共振周波数より大きな周波数の高周波電
圧が印加される。そして、始動には放電ランプを点灯さ
せるに必要な周波数の高周波電圧が印加され、点灯時に
は点灯を維持するに必要な周波数の高周波電圧が印加さ
れる。

【００１１】全波整流回路は、商用電源からの低周波交
流電圧を非平滑整流する回路であり、例えば、ダイオー
ドブリッジ回路で構成される。

【００１２】一対の第１のスイッチング素子および第２
のスイッチング素子は、交互にスイッチングして、平滑
コンデンサ、共振コンデンサおよび負荷回路のアクティ
ブフィルタ用のインダクタと共に、全波整流器で非平滑
整流された電圧を高周波電圧に変換し負荷回路を付勢す
る。第１のスイッチング素子がオンすると平滑コンデン
サにエネルギーを蓄積し、第２のスイッチング素子がオ
ンすると平滑コンデンサのエネルギーを負荷に伝える。

【００１３】比較器は、負荷回路のアクティブフィルタ
用のインダクタに流れる電流に比例した電圧と全波整流
器で得られた直流電圧に比例した電圧との偏差を演算す
る。そして、オン時間制御回路は、比較器の偏差が零と
なるように第１のスイッチング素子のオン時間を可変す
る。負荷回路のアクティブフィルタ用のインダクタに流
れる電流に比例した電圧は負荷回路に印加される電圧で
あり、全波整流器で得られた直流電圧に比例した電圧に
等しくなるように制御すると、商用電源からの入力電流
を正弦波に調整できる。

【００１４】請求項２の発明に係わる放電ランプ点灯装
置は、請求項１の発明において、前記オン時間制御回路
は、前記第２のスイッチング素子のオン時間を前記負荷
回路の固有共振周期に対して１〜１．５倍の範囲で固定
して制御することを特徴とする。

【００１５】第２のスイッチング素子のオン時間は、進
相スイッチングを防止するため、負荷回路の固有共振周
期に対して１〜１．５倍の範囲で固定して設定する。

【００１６】請求項３の発明に係わる放電ランプ点灯装
置は、放電ランプ、インダクタンスおよびキャバシタン
スを含み、固有共振周波数を有する負荷回路と；低周波
交流電圧を非平滑整流する全波整流器と；交互にスイッ
チングして前記全波整流器で非平滑整流された電圧を高
周波電圧に変換し前記負荷回路を付勢する一対の第１の
スイッチング素子および第２のスイッチング素子と；前
記放電ランプの負荷電圧が所定電圧になるように前記第
１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を
高周波スイッチングする発振回路と；前記放電ランプの
点灯時の点灯周波数より高い周波数領域ではインピーダ
ンスが大きくなる特性を有し前記発振回路からの周波数
で前記第１のスイッチング素子にドライブ電流を供給す
るドライブトランスと；を備えたことを特徴とする。

【００１７】発振回路は、放電ランプの負荷電圧をフィ
ードバックし、負荷電圧が所定の電圧になるように、第
１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を
高周波でスイッチングするための周波数を発振する。こ
の場合、非安定電位側に接続された第１のスイッチング
素子は、ドライブトランスを介して他励式で高周波スイ
ッチングされる。

【００１８】ドライブトランスは、放電ランプの点灯時
の点灯周波数より高い周波数領域ではインピーダンスが
大きくなる特性を有する。従って、放電ランプの点灯時
より高い周波数でソフトスタートで駆動させる場合に
は、ドライブトランスのインピーダンスが増加し第１の
スイッチング素子のドライブ電流が制限される。これに
より、ソフトスタート時の制御電源電流を低減すること
ができる。

【００１９】請求項４の発明に係わる照明装置は、照明
装置本体と；照明装置本体に支持された請求項１乃至請
求項２のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置と；を備
えたことを特徴とする。

【００２０】このような構成により、照明装置本体に組
み込まれた放電ランプ点灯装置が点灯する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる放電ラ
ンプ点灯装置の回路構成図である。商用電源１から供給
される交流電圧は全波整流回路２により整流された後、
所定の電圧の直流に変換され、共振コンデンサＣ２を介
してスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に印加される。また、
第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子
Ｑ２との間には平滑コンデンサＣ１が接続されている。
第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング
素子Ｑ２は、それぞれ逆並列のダイオードが接続されて
おり、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッ
チング素子Ｑ２のオフ時にダイオードを通して平滑コン
デンサＣ１の充放電が行われる。

【００２２】スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２はオン時間制
御回路３により交互にオンオフされ、所定の電圧の直流
を高周波でスイッチングする。これにより、スイッチン
グ素子Ｑ１、Ｑ２から高周波電流が負荷回路４のアクテ
ィブフィルタ用のインダクタＬ１に入力される。

【００２３】負荷回路４は、コンデンサＣ４が並列接続
された放電ランプ５を有し、アクティブフィルタ用のイ
ンダクタＬ１からの負荷電流が直流カットコンデンサＣ
３およびバラストチョークＬ２を介して放電灯ランプ５
に印加され、放電ランプ５は点灯する。

【００２４】負荷回路４のアクティブフィルタ用のイン
ダクタＬ１には、直列に電流検出用抵抗Ｒ１が接続され
ており、この電流検出用抵抗Ｒ１で検出されたアクティ
ブフィルタ用のインダクタＬ１に流れる電流に比例した
電圧Ｖ１は、全波整流器で得られた直流電圧に比例した
電圧Ｖ０と共に比較器６に入力される。

【００２５】比較器６は、負荷回路４のアクティブフィ
ルタ用のインダクタＬ１に流れる電流に比例した電圧Ｖ
１と、全波整流器２で得られた直流電圧に比例した電圧
Ｖ０との偏差ΔＶを演算し、オン時間制御回路３に出力
する。オン時間制御回路３は、比較器６の偏差ΔＶが零
となるように第１のスイッチング素子Ｑ１のオン時間を
可変する。一方、第２のスイッチング素子Ｑ２のオン時
間は負荷回路４の固有共振周期に対して１〜１．５倍の
範囲で固定したオン時間で制御する。

【００２６】この第１の実施の形態によれば、オン時間
制御回路３により、アクティブフィルタ用のインダクタ
Ｌ１に流れる電流に比例した電圧Ｖ１と、全波整流器２
で得られた直流電圧に比例した電圧Ｖ０とが等しくなる
ように第１のスイッチング素子Ｑ１のオン時間を制御す
るので、商用電源１からの入力電流を正弦波に調整でき
高調波を抑制できる。また、第１のスイッチング素子Ｑ
２のオン時間を負荷回路４の固有共振周期に対して１〜
１．５倍の範囲で固定したオン時間で制御するので、ス
イッチング素子Ｑ１、Ｑ２は遅相スイッチングとなり進
相スイッチングによるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のロ
スや破壊を防止できる。

【００２７】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。図２は本発明の第２の実施の形態に係わる放電ラン
プ点灯装置の回路構成図である。

【００２８】商用電源１から供給される交流電圧はフィ
ルタ回路７を介して全波整流回路２により整流された
後、所定の電圧の直流に変換され、共振コンデンサＣ２
を介してスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に印加される。ま
た、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング
素子Ｑ２との間には平滑コンデンサＣ１が接続されてい
る。

【００２９】第１のスイッチング素子Ｑ１および第２の
スイッチング素子Ｑ２は発振回路８により交互にオンオ
フされ、所定の電圧の直流を高周波でスイッチングす
る。この場合、非安定電位側に接続された第１のスイッ
チング素子Ｑ１は、ドライブトランス９を用い他励式で
高周波スイッチングする。

【００３０】これにより、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２
から高周波電流が負荷回路４の昇圧トランス１０に供給
される。

【００３１】負荷回路４は、コンデンサＣ４ａが並列接
続された放電ランプ５ａおよびコンデンサＣ４ｂが並列
接続された放電ランプ５ｂを有し、昇圧トランス１０か
らの負荷電流が、それぞれ直流カットコンデンサＣ３
ａ、３ｂおよびバラストチョークＬ２ａ、Ｌ２ｂを介し
て放電灯ランプ５ａ、５ｂに印加され、放電ランプ５
ａ、５ｂは点灯する。

【００３２】この放電ランプ５に印加される負荷電圧
は、放電ランプ電圧検出回路９で検出され、発振回路８
フィードバックされる。発振回路８および放電ランプ電
圧検出回路９には制御電源定電圧回路１０から基準電位
の制御電源が供給される。また制御電源定電圧回路１０
には、商用電源１からフィルタ回路７および起動電源供
給抵抗１１を介して電源が供給される。

【００３３】発振回路８は、放電ランプ５ａ、５ｂの負
荷電圧をフィードバックし、負荷電圧が所定の電圧にな
るように、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のス
イッチング素子Ｑ２を高周波でスイッチングするための
周波数を発振する。この場合、非安定電位側に接続され
た第１のスイッチング素子Ｑ１は、ドライブトランス９
を介して他励式で高周波スイッチングされる。

【００３４】図３は、本発明の第２の実施の形態におけ
る負荷回路４の周波数特性を示す特性図である。曲線Ｓ
１は無負荷時特性曲線、曲線Ｓ２は点灯時特性曲線であ
る。また、ｆ０は負荷回路４の共振周波数、ｆ１は点灯
周波数、ｆ２は始動周波数、ｆ３は予熱周波数である。

【００３５】放電ランプ５ａ、５ｂの予熱時には、負荷
回路４に印加される高周波電圧の周波数は予熱周波数ｆ
３であり、放電ランプの点灯時には高周波電圧の周波数
は始動周波数ｆ２となる。そして、放電ランプ５ａ、５
ｂが点灯すると、点灯時特性曲線Ｓ２上で点灯周波数ｆ
１の高周波電圧で点灯が継続される。

【００３６】図４は、本発明の第２の実施の形態におけ
るドライブトランス９のインピーダンス値およびドライ
ブ電流の特性図である。図４に示すように、ドライブト
ランス９は、放電ランプ５ａ、５ｂの点灯時の点灯周波
数ｆ１より高い周波数領域ではインピーダンスが大きく
なる特性を有している。このことから、放電ランプ５
ａ、５ｂの点灯時より高い周波数でソフトスタートで駆
動させる場合には、ドライブトランス９のインピーダン
ス値が増加し、第１のスイッチング素子Ｑ１のドライブ
電流が制限される。これにより、ソフトスタート時の制
御電源電流を低減することができる。

【００３７】この第２の実施の形態では、ドライブトラ
ンス９のインピーダンス値が点灯時と比較しソフトスタ
ート時を高くしているので、点灯時とソフトスタート時
との駆動周波数が異なっており、点灯時より高い周波数
でソフトスタートで駆動させる場合には、ドライブ電流
が小さくて済む。従って、制御用電源が主回路より供給
されるまでの期間を短くでき始動時間を短縮できる。ま
た、待機中の消費電力の増加を抑制できる。

【００３８】次に、図５は、本発明の照明装置の一実施
の形態を示す斜視図である。照明装置本体１２に放電ラ
ンプ５が装着されている。この放電ランプ５は、図１ま
たはず２に示した放電ランプ点灯装置により点灯され、
この放電ランプ点灯装置は照明装置本体１２に収納され
ている。これにより、照明装置本体１２に組み込まれた
放電ランプ点灯装置が点灯する。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、動
作モードが変わり入力電流が変化しても、その変化に従
って第１のスイッチング素子のオン時間を調整するの
で、商用電源から供給される電流を正弦波に保持でき、
高調波の発生を抑制できる。

【００４０】また、放電ランプの点灯時とソフトスター
ト時との駆動周波数が異なっており、点灯時より高い周
波数でソフトスタートで駆動させる場合には、起動時の
制御電源電流の低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる放電ランプ
点灯装置の回路構成図。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる放電ランプ
点灯装置の回路構成図。

【図３】本発明の第２の実施の形態における負荷回路の
周波数特性を示す特性図。

【図４】本発明の第２の実施の形態におけるドライブト
ランスのインピーダンス値およびドライブ電流の特性
図。

【図５】本発明の照明装置の一実施の形態を示す斜視
図。

【図６】従来の放電ランプ点灯装置におけるドライブト
ランスのインピーダンス値およびドライブ電流の特性
図。

【符号の説明】

１…商用電源、２…全波整流回路、３…オン時間制御回
路、４…負荷回路、５…放電ランプ、６…比較器、７…
フィルタ回路、８…発振回路、９…ドライブトランス、
１０…制御電源定電圧回路、１１…起動電源供給抵抗、
１２…照明装置本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 垣谷 勉 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック株式会社内 (72)発明者 仲矢 文則 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック株式会社内 Ｆターム(参考） 3K072 AA02 AB02 BA03 BB04 BC01 CA14 CB04 DA02 DB03 DC08 DD04 EB05 EB06 GA03 GB11 GC04 HA06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電ランプ、インダクタンスおよびキャ
   バシタンスを含み、固有共振周波数を有する負荷回路
   と；低周波交流電圧を非平滑整流する全波整流器と；交
   互にスイッチングして前記全波整流器で非平滑整流され
   た電圧を高周波電圧に変換し前記負荷回路を付勢する一
   対の第１のスイッチング素子および第２のスイッチング
   素子と；前記全波整流器から前記第１のスイッチング素
   子およびアクティブフィルタ動作を行うためのインダク
   タを流れる電流に比例した電圧と入力電圧を整流した電
   圧との偏差を演算する比較器と；前記比較器の偏差が零
   となるように前記第１のスイッチング素子のオン時間を
   可変するオン時間制御回路と；を備えたことを特徴とす
   る放電ランプ点灯装置。
2. 【請求項２】 前記オン時間制御回路は、前記第２のス
   イッチング素子のオン時間を前記負荷回路の固有共振周
   期に対して１〜１．５倍の範囲で固定して制御すること
   を特徴とする請求項１に記載の放電ランプ点灯装置。
3. 【請求項３】 放電ランプ、インダクタンスおよびキャ
   バシタンスを含み、固有共振周波数を有する負荷回路
   と；低周波交流電圧を非平滑整流する全波整流器と；交
   互にスイッチングして前記全波整流器で非平滑整流され
   た電圧を高周波電圧に変換し前記負荷回路を付勢する一
   対の第１のスイッチング素子および第２のスイッチング
   素子と；前記放電ランプの負荷電圧が所定電圧になるよ
   うに前記第１のスイッチング素子および第２のスイッチ
   ング素子を高周波スイッチングする発振回路と；前記放
   電ランプの点灯時の点灯周波数より高い周波数領域では
   インピーダンスが大きくなる特性を有し前記発振回路か
   らの周波数で前記第１のスイッチング素子にドライブ電
   流を供給するドライブトランスと；を備えたことを特徴
   とする放電ランプ点灯装置。
4. 【請求項４】 照明装置本体と；照明装置本体に支持さ
   れた請求項１乃至請求項２のいずれか一記載の放電ラン
   プ点灯装置と；を備えたことを特徴とする照明装置。